combustion-and-pollution-7-固体燃料的燃烧-2009B解析

17.1碳燃烧涉及的物理化学过程7.2碳的燃烧化学反应机理7.3碳燃烧的限制7.4碳球的燃尽时间7.5煤粒的燃烧过程7.6煤的燃烧特性7.7煤的燃烧方式7固体燃料的燃烧27固体燃料的燃烧了解碳燃烧的化学反应及其条件；理解异相化学反应速度；理解碳的燃烧过程；驾驭碳球燃烧速度与燃尽时间；理解煤粒的燃烧过程和燃烧特性；应用碳燃烧的定性理论说明各种燃烧方法；理解煤燃烧的方式与方法。3碳的燃烧与液体和气的燃烧有什么样的不同呢？火焰方面？颜色、位置装置方面？7固体燃料的燃烧4燃烧种类焦碳占可燃成份的重量%焦碳占煤发热值的%无烟煤96．595烟煤57—5859．5—83．5褐煤5566泥煤3040．5木柴15207固体燃料的燃烧57.1碳燃烧涉及的物理化学过程1.碳与气相之间进行化学反应的连续的步骤氧向碳表面扩散；氧被碳表面吸附；被吸附的氧与碳进行化学反应形成化学生成物；化学生成物与碳表面解析；被解析的化学生成物扩散离开碳表面。62.碳的晶格石墨层状结构7.1碳燃烧涉及的物理化学过程77.1碳燃烧涉及的物理化学过程3.碳表面的吸附过程吸附定义吸附是固体表面的特征之一。这是以一种物质的原子或分子附着在另一种物质表面上的现象，或者说是物质在相界表面上浓度自动发生变更的现象。在吸附中，我们把具有吸附作用的物质（如煤粉颗粒）称为吸附剂，被吸附的物质（如氧气或空气）称为吸附质。吸附类型：物理吸附和化学吸附吸附方程：Lanmuir方程8q=吸附了气体分子的表面积固体的总表面积7.1碳燃烧涉及的物理化学过程q

越大，碳和氧的反应速率也越大，反应速率v和q成正比。9吸附的强弱使得反应存在三种状况：吸附实力弱，表面氧浓度低，为一级反应；吸附实力强，表面氧浓度高，为零级反应；吸附实力中，表面氧浓度中，为分数级反应；7.1碳燃烧涉及的物理化学过程低于800℃阶段，吸附实力强，碳表面氧浓度高，属于零级反应温度高于1200℃阶段，碳表面处氧浓度很低，属于一级反应在800~1200℃之间的阶段，一般为分数级反应实际应用中，为简化，可将碳氧反应作为一级反应来处理107.1碳燃烧涉及的物理化学过程4.碳表面的扩散过程在进行多相燃烧时，必需向碳的反应表面供应氧化剂，并且自反应表面导出气态反应产物。碳燃烧过程所须要的氧化剂数量，可以通过自然扩散或强制扩散物质，来得到供应。11燃烧过程还有其它关系，如燃烧产物的解析等。7.1碳燃烧涉及的物理化学过程127.1碳燃烧涉及的物理化学过程13反应速度的限制动力区过渡区扩散区141.化学反应7.2

碳的燃烧化学反应机理化学反应温度14C+3O2=2CO2+2CO或3C+2O2=2CO+CO2初次反应氧化反应2C+CO2=2CO-162kJ>800℃气化反应32CO+O2=2CO2+571kJ燃烧反应4C+2H2O=CO2+2H2-123kJ5C+H2O=CO+H26歧化反应15碳燃烧是一个气固间的异相化学反应过程，此时碳和氧之间的反应是在碳的吸附表面上进行的。探讨表明，碳燃烧释放热量的主要化学反应使碳和氧的干脆反应，也称为一次反应。 C+O2=CO2+409MJ 2C+O2=2CO+245MJ一次反应生成的CO和CO2通过四周的介质扩散出去，能够重新被碳表面从气体介质中吸附，在确定条件下发生二次反应。 CO+O2=2CO2+571MJ C+CO2=2CO-162MJ一次反应和二次反应同时交叉平行进行着，构成碳燃烧过程的基本化学反应。7.2

碳的燃烧化学反应机理16当碳表面有水蒸气存在时，还可能进一步进行以下的反应： C+H2O=CO+H2 C+2H2O=CO2+2H2 3C+4H2O=4H2+2CO+CO2 C+2H2=CH4在靠近碳表面的气体层中，还可能发生下列反应： 2H2+O2=2H2O CO+H2O=CO2+H2上述反应过程中哪些是主要的，取决于温度、压力以及气体成分等燃烧过程的具体条件。7.2

碳的燃烧化学反应机理17常温下，碳晶格表面和周界上能吸附气体分子，称为物理吸附。物理吸附不能发生化学变更。温度较高时，气体分子具有较高的相对速度，能侵入石墨晶格表面层基面间的空间内，把基面的空间距离撑大，和碳原子形成新的键。碳和氧会形成固溶络合物，该络合物可能会由于其他具有确定能量的氧分子碰撞而结合成CO和CO2。温度很高时，单纯物理吸附不存在，晶体周界对氧分子的化学吸附实力增加，吸附后形成的碳氧络合物会受热分解成为CO和CO2气体，或被其他分子碰撞而离解，离开晶体而形成自由分子。7.2

碳的燃烧化学反应机理18对于碳和氧的一次反应产物，有三种观点：二氧化碳学说碳的氧化产物中CO2是初次产物，燃烧中的CO是CO2与C相互作用形成的二次反应产物。一氧化碳学说碳与氧反应的初次产物是CO，CO再与氧化合生成CO2。目前普遍接受的第三种观点碳与氧首先生成碳氧络合物，络合物再生成CO和CO2。7.2

碳的燃烧化学反应机理19温度在1300℃以下时，碳和氧的反应机理物理吸附为主，反应过程为一级反应；氧分子落入碳晶格内生成络合物。

3C+2O2=C3O4由于温度不高，络合物热离解的可能性不大而处于稳定状态，一旦有能量较高的氧分子撞击此部分时，将发生以下离解反应：

C3O4+C+O2=2CO2+2CO简化方程式可写成：

4C+3O2=2CO2+2CO7.2

碳的燃烧化学反应机理20温度在1600℃以上时，碳和氧的反应机理高能氧分子份额增多了，但同时已溶解的氧分子的解脱作用也加大了；碳和氧的一次反应通过晶体边界的棱和顶角的化学吸附完成；高温下氧分子撞击碳表面的频率增大，但此时化学反应取决于较慢的化学吸附速度，与氧分子浓度和撞击频率无关。属于零级反应。化学吸附形成络合物：

3C+2O2=C3O4高温下自行热分解

C3O4=2CO+CO2简化方程式可写成：

3C+2O2=2CO+CO27.2

碳的燃烧化学反应机理21 C+CO2=2CO该反应为一吸热反应，是煤气发生炉中进行的主要化学反应。CO2首先要吸附到碳的晶体上，形成络合物，然后络合物分解成CO，解析离开碳表面。由于CO2的化学吸附活化能比氧的溶解活化能大得多，因此这一反应只有在温度很高时才能显著起来。T<400℃，仅存在物理吸附，没有任何化学反应；T>400℃，CO2的固溶络合和化学吸附络合起先显著；T>700℃，零级反应。最为薄弱环节为碳氧络合物如何自我分解。T>950℃，一级反应。最为薄弱环节为碳氧络合物受CO2撞击分解温度更高，一级反应。最为薄弱环节为化学吸附过程7.2

碳的燃烧化学反应机理22 C+H2O=CO+H2吸热反应，反应级数一般认为是一级反应；C与H2O的反应速度约比C与O2的反应速度快3倍；水蒸汽也是经过吸附、络合与解析等一系列中间环节而引起的，起确定性环节是中间络合物的生成和分别。7.2

碳的燃烧化学反应机理23岐化反应定义：反应物因原子不匀整支配而转化成两种不同产物的反应；2CO=C+CO2该反应为放热反应，是气化反应的逆反应；在温度降低时，会引起析碳；对于冶金炉、合成氨装置和燃油炉，这是一个重要问题。温度很高时，不能发生岐化反应；温度很低时，反应速度太低，也不能析碳，仅在200~1000℃的温度范围内，才可能析碳。岐化反应的最大速度出现在温度为400~600℃范围内。7.2

碳的燃烧化学反应机理247.3碳燃烧的限制1.碳燃烧反应的速度碳燃烧速度：碳在单位时间、单位表面积上燃烧的质量。碳燃烧反应的氧量

四周扩散到碳表面的氧量

平衡状态时两者相等，即25碳的燃烧速度：碳与氧的化学计量比折算反应速度常数：Gsc=bkzsC∞7.3碳燃烧的限制1.碳燃烧反应的速度26对上述结果进行探讨k>>ad，1/k→0kzs≈ad，Cs→ad Gsc=badC∞反应温度很高时，化学反应实力很强，碳的燃烧速度取决于氧气扩散速度；称为扩散限制燃烧，又称扩散燃烧区。k<<adGsc=bkC∞扩散实力强，化学反应实力差；温度较低时，碳燃烧速度取决于化学动力学因素；称为动力限制燃烧，又称动力燃烧区。2.反应限制区7.3碳燃烧的限制27k=αd

Gsc=bkzsC∞燃烧速度介于动力燃烧区和扩散燃烧区之间称为过渡燃烧区7.3碳燃烧的限制2.反应限制区283.谢苗诺夫准则定义：Sm=αd/kSm>10，动力燃烧区；Sm=0.1-10，过渡燃烧区；Sm<0.1，扩散燃烧区。7.3碳燃烧的限制294.影响燃烧速度的因素为计算碳燃烧的速度，必需求解k和ad化学反应速度常数 k=k0exp(-E/RT)扩散速度常数 ad=NudD/d上式中， Nud——扩散的Nussellt数，Nud=add/D D——扩散系数 d——碳粒直径7.3碳燃烧的限制304.影响燃烧速度的因素利用阅历公式求解Re很小时，Nud≈2；Re>100时，Nud=0.7Re0.57.3碳燃烧的限制314.影响燃烧速度的因素谢苗诺夫准则可以表达为：从上式可以看出，影响Sm的因素包括以下几项：

火焰温度T；气流相对速度w；活化能E，频率因子k0；煤的粒径d。7.3碳燃烧的限制32上述各参数对谢苗诺夫准则的影响表现为：温度TSm↓，T↑，趋于扩散区气流相对速度w趋于动力区7.3碳燃烧的限制4.影响燃烧速度的因素33反应活化能E（煤质）和频率因子k0（煤质）趋于动力区趋于扩散区燃料粒径总的趋势，趋于扩散区例如：粒径10mm时，T=1000℃进入扩散燃烧区 粒径0.1mm时，T=1700℃进入扩散燃烧区7.3碳燃烧的限制4.影响燃烧速度的因素34例题：无烟煤，煤粒d=60mm，炉温1300℃,煤粒气流之间的相对速度w=5m/s，煤粒反应活化能150kJ/mol，频率因子k0=14.9×103m/s，推断该燃烧处于何燃烧区?计算碳燃烧速度。在燃烧中，u≈D=D0(T/T0)m=1.98×10-5[(1300+273)/273]2=657×10-6m2/sRe=wd/u=5×60×10-6/657×10-6=0.46Re很小，按Re≈0处理，则Nud=27.3碳燃烧的限制4.影响燃烧速度的因素35ad=DNud/d=657×10-6×2/60×10-6=21.9m/s该燃烧过程处于动力燃烧区在1200℃时，碳表面反应为4C+3O2=2CO2+2CO化学当量比b=4×12/3×32=0.5Gsc=bkC∞=0.5×0.156×0.052=4×10-3kg/(m2s)7.3碳燃烧的限制4.影响燃烧速度的因素361300℃时空气密度r=1.293×273/(273+1300)=0.224kg/m3氧在空气中的质量百分数23.2%氧的质量浓度C∞=23.2%×0.224=0.052kg/m3碳燃烧速率Gsc=bkC∞=0.5×0.156×0.052=4×10-3kg/(m2s)7.3碳燃烧的限制4.影响燃烧速度的因素377.4

碳球的燃尽时间假定：产物CO2向外扩散,无二次反应无相对运动Re=0，Nud=2碳粒四周气体分布匀整,C∞=const碳粒是半径为r0的实心球体碳粒成分为匀整纯碳，r=const燃尽时间方程38方法与液滴蒸发和燃烧类似，从简洁状况着手。碳球消耗的质量应当与扩散传递的氧质量等化学当量。碳球燃烧掉的质量速率为7.4

碳球的燃尽时间氧气扩散质量速率为什么？397.4

碳球的燃尽时间设化学当量比为β，则407.4

碳球的燃尽时间煤的粒径扩散燃烧区，D/r0<<k，D/r0k<<1(k>>ad)动力燃烧区，D/r0>>k，D/r0k>>1(k<<

ad)过渡燃烧区，D/r0

≈

k，D/r0k

≈1(k≈

ad) t∝r01~2影响碳燃烧时间的因素41炉内温度扩散燃烧区动力和过渡燃烧区7.4

碳球的燃尽时间42燃料性质挥发分含量越高，焦炭含量越少，燃尽时间越短；同时，挥发分析出后，所残留焦炭疏松，密度小，易于与空气接触，燃尽时间也要削减。化学当量比化学当量比越大，碳粒四周氧浓度越高，燃尽时间越短。但同时，随着化学当量比的提高，燃烧温度要降低，排烟热损失要增加，有可能造成燃尽时间延长。通常的做法是依据燃料的性质，将化学当量比限制在1.0-1.4范围内。7.4

碳球的燃尽时间433.定性结论7.2

碳的燃烧化学反应小分子的气体扩散快；氧化反应活化能低，还原反应的活化能高；氧化反应是放热反应，其强化是自我强化；气化反应是吸热反应，其强化是自我阻抑；碳表面包围圈的二氧化碳浓度比氧大；燃尽阶段中氧已经燃烧殆尽，二氧化碳浓度很显著；碳与水蒸气速度反应比碳与二氧化碳的反应速度快。442.温度的影响低于7004C+3O2=2CO2+2CO7.4

碳球的燃尽时间452.温度的影响800~1200氧到达什么地方？二氧化碳到什么地方？7.4

碳球的燃尽时间462.温度的影响1200~1300氧到达什么地方？二氧化碳到什么地方？7.4

碳球的燃尽时间473.相对运动对燃烧的强化要看温度的范围图5-12低于700时，相对速度无益于强化燃烧；液态排渣炉有益于气化反应，但是强化燃烧有限；旋风炉的强化燃烧，但不能强化传热，且污染高；沸腾炉属于低温燃烧，相对运动有益，气化反应不强。7.4

碳球的燃尽时间484.孔隙对燃烧的影响化学当量比β趋于0.75？氧从无穷远处扩散到半径2r0的火焰面上，然后氧转入化合状态后再由二氧化碳运输到半径ro的碳球表面上。作为扩散动力浓度差仍不变。这样的接力传递使氧扩散的距离缩短，因而扩散流率增加到2倍。因此，β就比0.375增加了一倍而达到0.77.7.4

碳球的燃尽时间497.5

煤粒的燃烧过程1.煤的组成挥发份；焦炭；水分；灰分。2.燃烧过程干燥、燃烧、焦炭燃烧507.6煤的燃烧特点煤燃烧方式分类固定床燃烧（层燃）流化床燃烧（沸腾床）携带床燃烧（煤粉燃烧）兼顾上述几种形式的其他复合燃烧方式517.6煤的燃烧特点各种燃烧方式下燃烧的共性问题着火问题燃尽问题防结渣和高温腐蚀问题燃烧污染物限制问题527.6煤的燃烧特点限制煤燃烧过程的关键要素温度限制混合过程限制53着火热Qi煤和气流进入燃烧室到实现着火燃烧所须要吸取的热量来源热烟气放热——占10%~30%炉壁热辐射——占70%~90%组成干燃料升温所须要的热量，约20%空气升温所须要的热量，约70%水分升温所须要的热量，约10%7.6煤的燃烧特点54例Vdaf=20%的烟煤，Qi=1050kJ，Ti=840℃煤气，Qi=840kJ，Ti=600℃无烟煤，Qi=1300kJ，Ti=1000℃由此发觉，燃料挥发分越低，含碳量越高，煤的着火热越大，着火温度越高7.6煤的燃烧特点55影响着火热的因素燃料性质的影响挥发分煤粉气流的稳定着火在很大程度上取决于所析出的挥发分在其点燃后于一次风发生反应所形成的高温燃烧产物来维持的煤中灰分。灰分增加，燃料消耗量增加，造成着火热增加水分。水分增加，着火热增加7.6煤的燃烧特点56影响着火热的因素与煤一同送入燃烧室的风量的影响风量增加，着火热增加，着火推迟。理论上保证挥发分完全燃烧的一次风份额和该煤种的干燥无灰基挥发分含量相当。在实践上，对不同煤种即依据挥发分含量，也同时依据煤粉输送过程等阅历确定所接受的一次风份额7.6煤的燃烧特点57风温的影响一次风温对煤粉气流影响很大，提高一次风温可降低着火热。假如一次风气流的初温为20℃时着火热记为100%，那么当风粉混合物温度为300℃时，其着火热可降低至40.5%其他因素燃烧器的空气动力工况：例如旋流燃烧器制造的回流区会引入高温烟气并被卷吸入煤粉气流可改善着火条件7.6煤的燃烧特点58改善煤着火的措施限制煤的粒度煤的粒度减小，比表面积增加，强化了换热过程限制煤的含水量减小入炉煤的含水量，有利于降低着火热中水分吸热量的份额限制空气量削减着火区域的空气供应，降低空气吸取着火热的份额空气量的供应在优先满足输送的前提下尽可能降低燃烧所需的剩余空气在煤着火后再行供应在着火区域创建局部高温区回流区等是强化烟气与煤和空气换热的有效手段削减着火区域受热面积，降低受热面的吸热份额，提高壁面的热辐射实力是强化辐射换热的另外手段7.6煤的燃烧特点59一次风和二次风由于空气吸热占着火热的比例特殊高，降低空气吸热量是减小着火热的重要举措把空气分批送入燃烧室，可以有效降低着火热，由此，把空气分为一次风和二次风一次风——在煤着火前与煤一起或者单独送入燃烧区域，供应挥发分着火所需氧的空气流二次风——在煤的挥发分着火后，后期补入燃烧室的空气流对煤粉燃烧过程而言一次风两个作用——输送煤粉和供应挥发分着火所需的氧二次风两个作用——补充焦炭着火用氧和保证燃料与空气的混合7.6煤的燃烧特点60一元燃烧热工况试验对马弗炉里煤粉与空气气流的燃烧过程进行了一元系统的燃烧热工况计算马弗炉：一种不用燃油而用煤块与煤粉生火的燃烧器。煤粉炉生火时先用煤块在手烧炉排上烧着，然后把手烧炉烧旺使马弗炉的炉温达到800~100度，这时将煤粉与空气气流送进马弗炉，使气流在马弗炉内着火，着火以后的煤粉气流吹进煤粉炉，这样就渐渐地使煤粉炉生火。一次风管道二次风管道马弗炉7.6煤的燃烧特点61马弗炉燃烧过程计算试验条件马弗炉内总过量空气系数0.5空气初温127℃分级送入的二次风与煤粉的混合转瞬间完成试验方案全部空气作为一次风送入空气分成一次风和二次风，Da1=0.15,Da2=0.35,l=0.06m空气分成一次风和二次风，Da1=0.15,Da2=0.35,l=0.09m空气分成一次风和二次风，二次风分两批送入，Da1=0.15,Da21=0.15,Da22=0.2,l1=0.09m,l2=0.2m7.6煤的燃烧特点62方案一全部空气(a=0.5)都作为一次风和煤粉一起进入炉内（即a＝0.5），气流从初温127℃起先得到马弗炉内的烟气卷吸和辐射受热而渐渐升温。距马弗炉出口0.35m处达到着火温度835℃，于是煤粉着火燃烧，温度快速上升。当气流到达x1=0.63m处时，空气烧光，其在马弗炉内的燃烧基本结束。从这个方案可以看出，全部空气都用作一次风，提高了最初的煤粉气流的热容量。使加热到着火的时间(由此也确定了空间长度)延长，这样就不能缩短整个火炬长度。7.6煤的燃烧特点637.6煤的燃烧特点64方案二空气分成一次风(Da1=0.15)与二次风(Da2＝0.35)。一次风量较少，所以煤粉气流受热升温较快，到0.06m处温度就已上升到825℃。但是这时尚未达到着火温度，然而二次风就在这个时候加入，结果使整个煤粉气流的温度下降到320℃，然后象方案1一样地逐惭升温、着火、燃烧。火炬长度仍为x1=0.63m。从这个方案可以看出，二次风过早地在一次风与煤粉气流尚未着火燃烧以前送入，其结果与全部空气作为一次风一样，也不能缩短火炬长度。7.6煤的燃烧特点657.6煤的燃烧特点66方案三一次风量仍相当于Da1=0.15，二次风量也相当于Da2=0.35，但是加入地点推迟到0.09m处。于是煤粉与一次风气流在0.07m处着火燃烧，一次风中的氧很快就消耗掉，气流温度上升到1500℃。但是此时二次风量一次加得太多了，混合以后又使温度降低到745℃(着火温度以下)，火炬被中途淬熄。此后，部分燃烧过的煤粉气流和二次风的混合物重新受热，达到0.29m处再度着火，而在x1=0.48m处二次风中的氧也消耗完，马弗炉内的燃烧过程基本上结束。从这个方案可知，二次风在一次风中的氧消耗完以后加入，对于缩短火炬长度是有帮助的。但是一次加入的二次风量过多，使燃烧中断，所以火炬长度缩短得不多。7.6煤的燃烧特点677.6煤的燃烧特点68方案四一次风量Da1=0.15，二次风分为两批，第一批Da21=0.15，其次批Da22=0.2，分别在0.09m与0.2m处加入。一次风和煤粉气流仍象方案3一样，很快地升温着火，到0.09m处就已达到1500℃。此时第一批二次风(Da22=0.15)加入，虽然总的气流温度由于混合有所下降，但只下降到1020℃，仍在着火温度以上，所以能够接着猛烈地燃烧，当达到0.20m处，气流温度已高达1800℃，此时其次批二次风(Da22=0.20)再度加入，所以燃烧照旧特殊猛烈，温度又回升上去。达到xa=0.24m处，全部空气中的氧烧光，马弗炉内的燃烧基本结束。7.6煤的燃烧特点697.6煤的燃烧特点70上述四个试验方案对比7.6煤的燃烧特点71配风原则供应的空气应当分成一次风与二次风，这样可以加快气流的升温着火。一次风量不宜过多(对于煤粉气流，大致相当于挥发分燃烧的化学当量比)。二次风应在煤粉着火并把一次风中的氧消耗掉的时候加入。二次风应分批加入，第一批烧完了再加入其次批。假如驾驭不住上一批二次风刚巧在哪里烧完，因而难以选择下一批二次风应当加入的精确地点，那么与其早一些，毋宁迟一些。二次风每批送入的数量应有限制，使部分燃烧的煤粉气流与新加入的二次风混合以后的温度不低于着火温度，避开中途淬熄，以保证燃烧接着进行。7.6煤的燃烧特点72煤的燃尽任务：保证焦炭在确定的燃烧室空间充分燃尽限制要素温度氧气和煤的混合停留时间7.6煤的燃烧特点73保证煤燃尽的主要措施燃烧温度T>1700℃，燃烧进入扩散限制区实际燃烧过程，温度在1000~1500℃之间，燃烧过程处于动力和扩散限制区双重限制之下T提高，燃尽效果改善氧浓度维持确定氧浓度有利于提高燃尽率对于煤粉燃烧过程，保证燃烧室出口过量空气系数>1。对于P和W，1.2~1.5；对于烟煤，1.15~1.2加强燃尽区燃料和空气的混合，保持燃尽区空气射流具有确定的穿透实力7.6煤的燃烧特点74保证煤燃尽的主要措施停留时间延长燃料再燃尽区的停留时间有利于燃料充分燃尽停留时间的延长意味着燃烧室体积的增加，进一步须要增加燃烧室的材料消耗，增加设备造价燃料特性碳含量高，不利于燃料燃尽煤粉越细，越有利于燃料燃尽7.6煤的燃烧特点75一、煤粉炉的燃烧76一、煤粉炉的燃烧77一、煤粉炉的燃烧78一、煤粉炉的燃烧炉内实际切圆直径实际切圆位置及其形态炉内气流充溢度炉膛出口扭转残余水平烟道中速度不匀整系数

炉内空气动力场的特征量79一、煤粉炉的燃烧80一、煤粉炉的燃烧燃烧器下摆燃烧器水平燃烧器上摆81旋流燃烧器的特点:①可以避开四角切圆直流燃烧方式产生的炉膛出口扭转残余导致过热器区的热偏差；②燃烧器匀整布置于炉内，入炉热量比较匀整，可避开因炉膛中部因温度过高而引起结渣等现象；③各燃烧器单独组织燃烧，可通过调整旋流燃烧器的旋流强度，达到调整回流区大小的目的，相互间影响比较小；82④对炉膛形态不如四角切圆直流燃烧方式要求严格，不必确定接近正方形，有利于尾部受热面的便利布置；⑤当锅炉容量增加时，单只燃烧器的功率不必相应增大，只需相应增加炉膛宽度和燃烧器个数。83分类:依据旋流器的不同，可将旋流燃烧器分为蜗壳式、轴向叶片式和切向叶片式三大类，而每种类型又可分为下述典型型式：84依据空气动力特性的不同:单股旋转射流；环形旋转射流；带有出口扩锥的旋转射流；一次风直流、二次风旋流的组合旋转射流；同轴的两股或多股旋转射流；一次风直流、二次风既有旋流又有直流的组合射流；多个旋流燃烧器同向（或异向）旋转的组合等形式。85旋转射流各流淌参数变更规律的示意图。旋转气流内的每一点接受轴向速度径向速度，切向速度及静压等参数加以描述。86流场按可分为两个区域：①外围区域，Ⅰ区，也称为自由旋涡区②旋涡核心区，Ⅱ区，也称为准刚体旋转区、旋涡回流区外围区域和旋涡核心区的分界处为旋转切向速度最大值处沿射流轴线上轴向速度的衰减规律"飞边”现象87旋转射流特点：①旋转射流具有内回流区和外回流区，扩展角也比较大，相对直流射流而言，旋转射流卷吸四周介质的实力强，可以依靠自身的回流区保持稳定着火。②旋转射流出口处速度高，由轴向、径向和切向速度，气流的早期混合猛烈。③切向速度衰减很快速，气流旋转效应消逝较快，因此后期混合较弱。④旋转射流的轴向速度衰减也较快，因此射流射程较短。88旋流燃烧器的运行特性参数1、燃烧器的旋流强度旋转（切向）动量矩M和轴向动量矩K之比892、实际旋流强度①燃烧器存在有摩擦损失②事实上气流旋转时，当无中心管或中心管不大时，气流中心是回流区，导致出口轴向速度的面积小于燃烧器的出口截面积通常通过试验测量燃烧器出口速度场积分求取旋转动量矩M和轴向动量矩K来确定：903、综合旋流强度

燃烧器分为多通道时:综合旋流强度914、组合旋转气流的平均参数旋流燃烧器出口的平均速度和平均密度925、烟气回流量中心旋涡回流区回流量和射流外边界回流区回流量图示出了某旋流燃烧器中心旋涡回流区和外边界回流区尺寸及回流量沿燃烧器出口距离的变更状况9394回流强度是一个包含回流区相对直径、相对长度和相对回流速度的综合参数：956、能量利用系数表示燃烧器内阻力大小，定义等于旋流燃烧器入口气流能量和出口能量之比，即：96不同类型旋流燃烧器的能量利用系数的试验结果如图所示。能量利用系数:轴向叶片式旋流燃烧器达85％;蜗壳式旋流燃烧器仅41～47％。977、燃烧器的阻力系数988、旋转射流扩展角通常用轴向速度为本截面轴向速度最大值的10％处定义为旋转射流的外边界线。旋转射流外边界线的夹角则定义为旋转射流扩展角，表征了旋转射流的扩展范围。99典型燃烧的扩展角随旋流强度变更的关系示于图。如旋流燃烧器出口有导向扩展角，则会更大一些。100扩展角过大，简洁造成飞边或开式中心回流区，使燃烧不稳定，并简洁导致燃烧器烧坏及产生结渣；扩展角过小，则会使火焰高温中心后移，回流区减小，对着火和燃尽也不利。1019、气流出口不匀整系数气流出口不匀整系数表示了燃烧器出口气流不匀整程度，是圆周上气流最大速度与最小速度的差值和圆周上各测点气流平均速度之比，即：102蜗壳式燃烧器的不匀整系数比叶片式旋流燃烧器的不匀整系数大。图示出了某切向叶片旋流燃烧器的不匀整系数的试验结果，随旋流强度的增加，增大；而在同一旋流强度下，不匀整系数则随叶片倾斜角的增加而增加。10310410、燃烧器出口煤粉支配不匀整系数燃烧器出口煤粉支配不匀整系数表征燃烧器出口煤粉分布的不匀整程度，为燃烧器内最大煤粉浓度（或流量）与最小值之差和煤粉平均浓度（或流量）之比，即：105图示出了蜗壳式燃烧器煤粉分布不均状况10611、各燃烧器间空气支配不匀整系数各燃烧器间空气支配不匀整系数表征各燃烧器件燃烧所需空气是否支配匀整的系数10712、炉膛充溢系数炉膛充溢系数表征火炬在炉内的充溢程度，其定义为： 1－总弱风区面积/燃烧器层炉膛横截面积108由图可知，旋流燃烧器的炉膛充溢系数不如四角切向燃烧器，在燃烧器旁边尤为明显，图还对比了不同试验条件下，旋流燃烧器和四角燃烧器的炉膛充溢系数。旋流燃烧器喷出的煤粉在炉内的平均停留时间可依据火焰长度L、炉内平均烟速和炉膛充溢度来估算：109高温烟气回流量随旋流强度的变更关系烟气回流量对大多数现有旋流燃烧器的试验表明，当旋流强度在1～4的范围变更时，回流量的调整范围为0.1～0.45，基本能满足不同煤种着火对回流量的要求。110旋流燃烧器中心回流区长度与旋流燃烧器出口直径之比随旋流强度的变更关系如图(a)所示中心回流区宽度随旋流强度的变更则示于图(b)中,可见随旋流强度的增大,回流区宽度相应增大。111图示出了中心回流量沿轴线的变更关系，可见旋流强度稍有增加，回流量就增大很多，但出现最大回流量的位置与基本无关。112不同煤燃烧时所需高温烟气回流量估算估算的主要模型是：①依据煤种特性和运行条件确定着火温度值；②依据煤中挥发物含量、着火温度、一次风量和一次风温估算稳定着火所需的最小烟气回流量；③依据计算得到的最小烟气回流量，通过由试验获得的烟气回流量和旋流燃烧器运行特性的关系曲线，得到旋流燃烧器合适的运行参数如旋流强度。1131、煤粉的着火温度在绝热工况下，依据确定的空气温度和煤粉细度，探讨煤粉空气混合物的着火温度、反应速度及煤粉初始浓度之间的理论关系和近似计算方法，得出确定煤粉浓度下点火和稳燃特性，获得各种工况下的着火温度。1142、加热煤粉至着火的主要热源分析求得煤粉的着火温度后，即可估算出每千克煤粉所需的着火热量为：煤粉颗粒温度随时间的变更可近似写为：115回流加热所需的加热时间为：116